壓力傳感器及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種壓力傳感器及其制造方法。該壓力傳感器包括一基材、一介電氧化層、一第一電極層、一介電連接層以及一第二電極層。介電氧化層形成于基材上，第一電極層形成于介電氧化層上，介電連接層形成于第一電極層上，第二電極層形成于介電連接層上。第二電極層包括一圖案化導(dǎo)電層及一介電層，圖案化導(dǎo)電層具有多個(gè)穿孔，介電層形成于圖案化導(dǎo)電層上且包覆該些穿孔的內(nèi)壁。第一電極層、介電連接層及第二電極層定義一第一腔室于第一電極層和第二電極層之間。
【專利說明】壓力傳感器及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是有關(guān)于一種壓力傳感器及其制造方法，且特別是有關(guān)于一種具有降低溫 度變化所造成的變形程度及提升初始電容值的壓力傳感器及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著智能型手機(jī)與平板計(jì)算機(jī)的蓬勃發(fā)展，以及智能型手機(jī)對(duì)于抗噪功 能需求的提升，微機(jī)電（MEMS)麥克風(fēng)的技術(shù)發(fā)展也日益成熟，市場(chǎng)對(duì)于微機(jī)電麥克風(fēng)的需 求也持續(xù)成長。
[0003] 微機(jī)電麥克風(fēng)可應(yīng)用在語音秘書、語音導(dǎo)航及語音降噪等等，然而手機(jī)中的雜音 可能會(huì)影響通話的質(zhì)量。因此，為了能夠降低背景音量進(jìn)而可以提升通話質(zhì)量，微機(jī)電麥克 風(fēng)的雜音抑制技術(shù)是重要的課題之一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明是有關(guān)于一種壓力傳感器及其制造方法。實(shí)施例的壓力傳感器中，第二電 極層的導(dǎo)電/介電復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可以改善整體材料對(duì)于溫度變化所造成的變形程度，并且 增大整個(gè)元件的初始電容值，進(jìn)而提高元件的可靠性。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，提出了一種壓力傳感器。該壓力傳感器包括一基材、一介 電氧化層、一第一電極層、一介電連接層以及一第二電極層。介電氧化層形成于基材上，第 一電極層形成于介電氧化層上，介電連接層形成于第一電極層上，第二電極層形成于介電 連接層上。第二電極層包括一圖案化導(dǎo)電層及一介電層，圖案化導(dǎo)電層具有多個(gè)穿孔，介電 層形成于圖案化導(dǎo)電層上且包覆該些穿孔的內(nèi)壁。第一電極層、介電連接層及第二電極層 定義一第一腔室于第一電極層和第二電極層之間。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提出了一種壓力傳感器的制造方法。壓力傳感器的 制造方法包括下列步驟。提供一基材；形成一介電氧化層于基材上；形成一第一電極層于 介電氧化層上；形成一介電連接層于第一電極層上；以及形成一第二電極層于介電連接層 上，包括：形成一圖案化導(dǎo)電層，具有多個(gè)穿孔；及形成一介電層于圖案化導(dǎo)電層上且包覆 該些穿孔的內(nèi)壁。其中，第一電極層、介電連接層及第二電極層定義一第一腔室于第一電極 層和第二電極層之間。
[0007] 為了對(duì)本發(fā)明的上述及其他方面有更好的了解，下文特舉優(yōu)選實(shí)施例，并配合所 附附圖，作詳細(xì)說明如下：

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 圖1繪示本發(fā)明的一實(shí)施例的壓力傳感器的示意圖。
[0009] 圖2繪示本發(fā)明的一實(shí)施例的壓力傳感器的爆炸圖。
[0010] 圖3繪示本發(fā)明的另一實(shí)施例的壓力傳感器的示意圖。
[0011] 圖4A至圖4J繪示依照本發(fā)明的一實(shí)施例的一種壓力傳感器的制造方法示意圖。
[0012] 圖5A至圖ro繪示依照本發(fā)明的另一實(shí)施例的一種壓力傳感器的制造方法示意 圖。
[0013] 【符號(hào)說明】
[0014] 100、200 :壓力傳感器；
[0015] 110、110s、110s，、210 :基材；
[0016] 110c:第二腔室；
[0017] 120、120s、220 :第一電極層；
[0018] 120a :第一電極層表面；
[0019] 120t :第一電極層開槽；
[0020] 130:介電連接層；
[0021] 130c:凹穴；
[0022] 130s、143sl、143s2 :介電材料層；
[0023] 140、240 :第二電極層；
[0024] 141:圖案化導(dǎo)電層；
[0025] 141t:穿孔；
[0026] 143:介電層；
[0027] 150 :第一腔室；
[0028] 160:凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)；
[0029] 170、170s、270 :介電氧化層；
[0030] 245 :密封材料；
[0031] G:間隙。

【具體實(shí)施方式】
[0032] 本發(fā)明的實(shí)施例中，壓力傳感器中，第二電極層的導(dǎo)電/介電復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可以 改善整體材料對(duì)于溫度變化所造成的變形程度，并且增大整個(gè)元件的初始電容值，進(jìn)而提 高元件的可靠性。以下參照所附附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的實(shí)施例。附圖中相同的標(biāo)號(hào)用以標(biāo) 示相同或類似的部分。需注意的是，附圖已簡化以利清楚說明實(shí)施例的內(nèi)容，實(shí)施例所提出 的細(xì)部結(jié)構(gòu)僅為舉例說明之用，并非對(duì)本發(fā)明欲保護(hù)的范圍做限縮。普通技術(shù)人員當(dāng)可依 據(jù)實(shí)際實(shí)施方面的需要對(duì)該些結(jié)構(gòu)加以修飾或變化。
[0033] 圖1繪示本發(fā)明的一實(shí)施例的壓力傳感器100的示意圖。圖2繪示本
【發(fā)明內(nèi)容】
的 一實(shí)施例的壓力傳感器1〇〇的爆炸圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1?圖2。壓力傳感器100包括基材110、 第一電極層120、介電連接層130以及第二電極層140。第一電極層120形成于基材110上， 介電連接層130形成于第一電極層120上，第二電極層140形成于介電連接層130上。第 二電極層140包括圖案化導(dǎo)電層141及介電層143,圖案化導(dǎo)電層141具有多個(gè)穿孔141t， 介電層143形成于圖案化導(dǎo)電層141上且包覆該些穿孔141t的內(nèi)壁。第一電極層120、介 電連接層130及第二電極層140定義一第一腔室150于第一電極層120和第二電極層140 之間。
[0034] 實(shí)施例中，如圖1所示，基材110具有一第二腔室（opening) 110c，第二腔室110c 暴露第一電極層120的表面120a?；?10例如是硅基材。
[0035] 實(shí)施例中，如圖1所示，第一電極層120具有多個(gè)開槽（slot) 120t，該些開槽120t 連通第一腔室150和第二腔室110c。實(shí)施例中，如圖2所不，第一電極層120的表面120a 例如是圓形，開槽120t例如是交錯(cuò)配置于表面120a的周圍區(qū)域。
[0036] -實(shí)施例中，壓力傳感器100例如是聲音壓力傳感器，例如是微機(jī)電麥克風(fēng)，第一 電極層120相對(duì)于第二電極層140為可動(dòng)件，而第一電極層120的開槽120t的設(shè)計(jì)來達(dá)到 減緩及釋放材料應(yīng)力的功效，借此增加材料工藝應(yīng)力的變異容忍度。
[0037] 實(shí)施例中，如圖1所示，開槽120t與基材以間隙（gap)G相隔開，第一電極層120 與基材以間隙G相隔開，第二腔室150并未暴露開槽120t。一實(shí)施例中，壓力傳感器100 例如是聲音壓力傳感器，間隙G形成聲阻通道以改善頻率響應(yīng)，降低頻率響應(yīng)在低頻衰退 (decay)的情形，進(jìn)而使得壓力傳感器100感應(yīng)到的頻率范圍更完整。
[0038] 實(shí)施例中，介電連接層130的材質(zhì)不同于第一電極層120的材質(zhì)和第二電極層140 的材質(zhì)。介電連接層130連接第一電極層120和第二電極層140,借此達(dá)到應(yīng)力平衡的效 果。工藝當(dāng)中，也因材料不同，介電連接層130的本質(zhì)應(yīng)力和兩個(gè)電極層120和140之間的 本質(zhì)應(yīng)力正好可相互補(bǔ)償。
[0039] 實(shí)施例中，第一電極層120例如是以多晶娃（polysilicon)制成，介電連接層130 例如是氧化硅制成。第二電極層140中，圖案化導(dǎo)電層141例如是由具有導(dǎo)電性的金屬制 成，介電層130例如是由氮化硅（SiN)制成。如此一來，由于此些材料與CMOS工藝中常用 到的材料相同，因此在制作壓力傳感器100的工藝前段中，可以應(yīng)用與CMOS工藝相同的材 料與流程進(jìn)行，接著僅需在CMOS工藝部分完成后再增加簡單的微機(jī)電工藝便可完成壓力 傳感器100的制作。并且，實(shí)施例中，第二電極層140的導(dǎo)電/介電復(fù)合材料相比于純金屬 具有較低的等效熱膨脹系數(shù)（Coefficient of Thermal Expansion,CTE)，因此可以改善整 體材料對(duì)于溫度變化所造成的變形程度。
[0040] 此外，第二電極層140中，如圖1所示，介電層143包覆圖案化導(dǎo)電層141，使得第 一電極層120和圖案化導(dǎo)電層141之間除了空氣之外尚具有介電材料。以介電層141為氮 化硅層為例，其介電常數(shù)大約是7,高于空氣的介電常數(shù)（大約為1)，因此可以增大整個(gè)元 件的初始電容值，并且降低元件中可能產(chǎn)生的寄生電容對(duì)于元件的運(yùn)作及效能的影響，進(jìn) 而增加元件的靈敏度。
[0041] 一實(shí)施例中，如圖1?圖2所示，圖案化導(dǎo)電層141的穿孔141t連通至第一腔室 150,以壓力傳感器100是聲音壓力傳感器為例，穿孔141t則可作為聲孔。實(shí)施例中，穿孔 141t的數(shù)量與分布方式視實(shí)際應(yīng)用可以適當(dāng)變化調(diào)整，并不以圖1?圖2所示的方面為限。
[0042] 實(shí)施例中，如圖1所示，壓力傳感器100可還包括介電氧化層170,介電氧化層170 形成于基材110和第一電極層120之間。介電氧化層170可定義出間隙G的位置與大小。
[0043] 實(shí)施例中，如圖1所示，壓力傳感器100可還包括多個(gè)凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)（protrusion) 160， 凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)160形成于第二電極層140上且位于第一電極層120和第二電極層140之間。請(qǐng) 參照?qǐng)D2,多個(gè)凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)160 (未繪示）例如可以形成在穿孔141t之間的第二電極層的表面 上。實(shí)施例中，如圖1所示，凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)160與介電層143 -體成形。
[0044] 凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)160減少工藝中的上下膜層（例如是第一電極層120和第二電極層140) 接觸的面積。舉例來說，進(jìn)行濕式刻蝕工藝時(shí)，第一電極層120和第二電極層140有可能會(huì) 沾黏在一起，由于凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)160的存在，使得第一電極層120和第二電極層140最多只能經(jīng) 由凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)160部分接觸減少附著力，因而可以達(dá)到工藝中鄰近膜層抗沾黏的效果。并且， 完成的產(chǎn)品在做掉落測(cè)試或是音壓很大時(shí)，第一腔室150兩側(cè)的膜層（例如是第一電極層 120和第二電極層140)也有可能接觸，經(jīng)由凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)160減少兩膜層的接觸面積，使得第一 腔室150兩側(cè)的膜層即使接觸后仍可以輕易回復(fù)到原來的位置，可以克服靜電吸引力或范 德瓦爾力超過回復(fù)力的狀況，進(jìn)而提高產(chǎn)品的可靠性。
[0045] 圖3繪示本
【發(fā)明內(nèi)容】
的另一實(shí)施例的壓力傳感器200的示意圖。本實(shí)施例的壓力 傳感器200與前述實(shí)施例的壓力傳感器100的差異在于基材210、第一電極層220、第二電 極層240及介電氧化層270的設(shè)計(jì)，其余相同處不再贅述。
[0046] 實(shí)施例中，如圖3所示，基材210不具有任何第二腔室，第一電極層220不具有任 何開槽，第一電極層220、介電連接層130及第二電極層240完全封閉（enclosing)第一腔 室 150。
[0047] 實(shí)施例中，如圖3所示，第二電極層240可還包括一密封材料（sealing material) 245,密封材料245充填（filling)于穿孔141t中并且將穿孔141t完全填滿，使 得第一電極層220、介電連接層130及第二電極層240完全封閉第一腔室150。實(shí)施例中，密 封材料245例如是一種絕緣密封材料，可以是無機(jī)材料或有機(jī)材料，例如是二氧化硅（Si02) 或氮化娃（SiN)或聚對(duì)二甲苯（Parylene)。一實(shí)施例中，壓力傳感器200例如是絕對(duì)壓力 傳感器。
[0048] 以下提出實(shí)施例的一種壓力傳感器100的制造方法，但是該些步驟僅為舉例說明 之用，并非用以限縮本發(fā)明。普通技術(shù)人員當(dāng)可依據(jù)實(shí)際實(shí)施方面的需要對(duì)該些步驟加以 修飾或變化。請(qǐng)參照?qǐng)D4A至圖4J。圖4A至圖4J繪示依照本發(fā)明的一實(shí)施例的一種壓力 傳感器100的制造方法示意圖。
[0049] 請(qǐng)參照?qǐng)D4A?圖4B。提供基材110s，以及形成第一電極層120于基材110s上。 實(shí)施例中，形成第一電極層120于基材110s上之前，還可形成介電氧化層170s于基材110s 上，以形成介電氧化層17〇s于基材110s和第一電極層120之間。
[0050] 形成第一電極層120的制造方法例如包括以下步驟。如圖4A所示，形成第一電極 層120s于介電氧化層170s上，接著如圖4B所示，刻蝕第一電極層120s以形成多個(gè)開槽 120t。此些開槽120t連通在后續(xù)工藝中所形成的第一腔室和第二腔室。
[0051] 接著，請(qǐng)參照?qǐng)D4C?圖4J，形成介電連接層130于第一電極層120上，以及形成 第二電極層140于介電連接層130上，其中第一電極層120、介電連接層130及第二電極層 140定義第一腔室150于第一電極層120和第二電極層140之間。
[0052] 形成介電連接層130和第二電極層140的制造方法例如包括以下步驟。
[0053] 如圖4C所示，形成介電材料層130s于第一電極層120上。此步驟中，介電材料層 130s也形成于開槽120t中。實(shí)施例中，也可對(duì)基材110s進(jìn)行一薄化的工藝以形成薄化的 基材110s'。實(shí)施例中，此基材薄化的步驟用以決定最終產(chǎn)品中基材110的厚度，而能決定 第一腔室150的尺寸。實(shí)施例中，例如是以研磨（grinding)方式薄化基材。
[0054] 如圖4D所示，刻蝕介電材料層130s以形成多個(gè)凹穴130c。此些凹穴130c用以定 義在后續(xù)工藝中所形成的凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的位置與尺寸。
[0055] 如圖4E所示，形成介電材料層143sl于介電材料層130s上并填充凹穴130c。
[0056] 如圖4F所示，形成圖案化導(dǎo)電層141于介電材料層143sl上。圖案化導(dǎo)電層141 具有多個(gè)穿孔141t，例如是以刻蝕工藝形成穿孔141t。
[0057] 如圖4G所示，形成介電材料層143s2于圖案化導(dǎo)電層141上并填充穿孔141t。介 電材料層143sl和143s2完全覆蓋圖案化導(dǎo)電層141。一實(shí)施例中，介電材料層143sl的材 質(zhì)和介電材料層143s2的材質(zhì)相同。
[0058] 如圖4H所示，根據(jù)穿孔141t的位置刻蝕介電材料層143sl和143s2,以形成第二 電極層140。此刻蝕步驟中，穿孔141t延伸至接觸介電材料層130s。第二電極層140中， 介電層包覆穿孔141t的內(nèi)壁。
[0059] 如圖41所示，刻蝕基材110s以形成第二腔室110c，第二腔室110c暴露第一電極 層120的表面120a。實(shí)施例中，介電氧化層170s可以作為刻蝕襯底時(shí)的刻蝕阻擋層。刻蝕 基材以形成具有第二腔室ll〇c的基材110之后，還可刻蝕介電氧化層170s以形成介電氧 化層170以及間隙G于第一電極層120和基材110之間，例如是以一濕式刻蝕工藝進(jìn)行。
[0060] 如圖4J所示，刻蝕介電材料層130s以形成介電連接層130、第一腔室150以及凸 狀結(jié)構(gòu)160。例如是以一濕式刻蝕工藝進(jìn)行。至此，形成如圖4J(圖1)所示的壓力傳感器 100。
[0061] 以下提出實(shí)施例的另一種壓力傳感器200的制造方法，但是該些步驟僅為舉例說 明之用，并非用以限縮本發(fā)明。普通技術(shù)人員當(dāng)可依據(jù)實(shí)際實(shí)施方面的需要對(duì)該些步驟加 以修飾或變化。請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D4C至圖4H以及圖5A至圖圖5A至圖?繪示依照本發(fā) 明的另一實(shí)施例的一種壓力傳感器200的制造方法示意圖。
[0062] 請(qǐng)參照?qǐng)D5A。提供基材210,形成介電氧化層270于基材210上，以及形成第一電 極層220于基材210上。
[0063] 請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D4C?圖4H及圖5B。以如圖4C?圖4H所示的方式形成圖案化導(dǎo)電 層141、介電層143及穿孔141t，穿孔141t延伸至接觸介電材料層130s。
[0064] 請(qǐng)參照?qǐng)D5C。亥lj蝕介電材料層130s以形成介電連接層130和第一腔室150。此 時(shí)，第一電極層220、介電連接層130及圖案化導(dǎo)電層141和介電層143定義第一腔室150 于第一電極層220和圖案化導(dǎo)電層141之間。
[0065] 請(qǐng)參照?qǐng)D充填一密封材料245于所有穿孔141t中，以密封所有穿孔141t，使 得第一電極層220、介電連接層130及第二電極層240完全封閉第一腔室150。至此，形成 如圖(圖3)所示的壓力傳感器200。
[〇〇66] 綜上所述，雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實(shí)施例揭露如上，但是其并非用以限定本發(fā)明。本 發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更改 與修飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1. 一種壓力傳感器，其特征在于，包括： 一基材； 一介電氧化層形成于基材上； 一第一電極層形成于該介電氧化層上； 一介電連接層形成于該第一電極層上；以及 一第二電極層形成于該介電連接層上，該第二電極層包括： 一圖案化導(dǎo)電層，具有多個(gè)穿孔；及 一介電層，形成于該圖案化導(dǎo)電層上且包覆該些穿孔的內(nèi)壁； 其中，該第一電極層、該介電連接層及該第二電極層定義一第一腔室于該第一電極層 和該第二電極層之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其中該基材具有一第二腔室，該第二腔室暴露 該第一電極的一表面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其中該第一電極層具有多個(gè)開槽，該些開槽連 通該第一腔室和該第二腔室。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓力傳感器，其中該第一電極層與該基材以一間隙相隔開。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其中該介電連接層的材質(zhì)不同于該第一電極層 的材質(zhì)和該第二電極層的材質(zhì)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其中該些穿孔連通至該第一腔室。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1項(xiàng)所述的壓力傳感器，其特征在于，還包括多個(gè)凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)形成于該 第二電極層上且位于該第一電極層和該第二電極層之間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其特征在于，還包括一介電氧化層形成于該基 材和該第一電極層之間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓力傳感器，其中該第二電極層還包括一密封材料充填于該 些穿孔中，以使該第一電極層、該介電連接層及該第二電極層完全封閉該第一腔室。
10. -種壓力傳感器的制造方法，其特征在于，包括： 提供一基材； 形成一介電氧化層于該基材上； 形成一第一電極層于該介電氧化層上； 形成一介電連接層于該第一電極層上；以及 形成一第二電極層于該介電連接層上，包括： 形成一圖案化導(dǎo)電層，具有多個(gè)穿孔；及 形成一介電層于該圖案化導(dǎo)電層上且包覆該些穿孔的內(nèi)壁； 其中，該第一電極層、該介電連接層及該第二電極層定義一第一腔室于該第一電極層 和該第二電極層之間。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的壓力傳感器的制造方法，其特征在于，還包括： 刻蝕該基材以形成一第二腔室，該第二腔室暴露該第一電極層的一表面。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的壓力傳感器的制造方法，其特征在于，還包括： 刻蝕該第一電極層以形成多個(gè)開槽，該些開槽連通該第一腔室和該第二腔室。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的壓力傳感器的制造方法，其特征在于，還包括： 形成多個(gè)凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)于該第二電極上且位于該第一電極和該第二電極之間。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的壓力傳感器的制造方法，其特征在于，還包括： 形成一介電氧化層于該基材和該第一電極層之間。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的壓力傳感器的制造方法，其特征在于，還包括： 刻蝕該介電氧化層以形成間隙于該第一電極層和該基材之間。
16. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的壓力傳感器的制造方法，其特征在于，還包括： 充填一密封材料于該些穿孔中，以使該第一電極層、該介電連接層及該第二電極層完 全封閉該第一腔室。
【文檔編號(hào)】H04R31/00GK104066040SQ201310135879
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月19日
【發(fā)明者】陳建銘, 黃進(jìn)文, 王欽宏, 林靖淵, 謝佑圣 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院